Keerpunten 2009 De Kleinste Deeltjes A.P. Colijn.

Presentatie over: "Keerpunten 2009 De Kleinste Deeltjes A.P. Colijn."— Transcript van de presentatie:

1 Keerpunten 2009 De Kleinste Deeltjes A.P. Colijn

2 Vooruitblik Krachten: 1. Zwaartekracht 2. Elektromagnetisme
3. Zwakke kracht 4. Sterke kracht

3 I: De Kleinste Deeltjes - 1895

4 Klassieke Natuurkunde
Het einde van de 19e eeuw De Klassieke Natuurkunde Zwaartekracht - Newton Electromagnetisme – Maxwell, … Thermodynamica – Boltzman, …. Atomen als Bouwstenen Klassieke Natuurkunde

5 Zwaartekracht

6 Zwaartekracht

7 Elektriciteit

8 Elektriciteit + en - eboniet glas
Er is een kracht die “iets” doet met elektrische lading : + en + lading stoten elkaar af - en – lading stoten elkaar af + en – lading trekken elkaar aan Elektriciteit Elektrische lading komt in brokjes: kleinste eenheid is elektron lading.

9 Elektriciteit

10 Magnetisme College "Keerpunten" Universiteit van Amsterdam 2004/2005 (Frank Linde)

11 Magnetisme N Z

12 Elektro-Magnetisme

13 Het Periodiek Systeem Het Atoom

14 Het Atoom Hoe groot? 30-300·10-12m Hoe zwaar? 1.7·10-27 – 4.5·10-25 kg
Hoe veel? 1g waterstof = 6·1023 atomen Getal van Avogadro = Het Atoom

15 Atomen: realiteit of fictie?
I. Brownse beweging

16 II. Electron microscopie Atomen: realiteit of fictie?
College "Keerpunten" Universiteit van Amsterdam 2004/2005 (Frank Linde)

17 Atomen: realiteit of fictie?
tunnel microscopie III. Scanning

18 IV: Collegezaal Experiment Atomen: realiteit of fictie?
Stap1: maak klein stukje hand nat Stap2: blaas erover Observatie: ………… Verklaring met atoommodel! IV: Collegezaal Experiment

19 Atomen: realiteit of fictie?
Temperatuur: V: Thermodynamica Heel veel atomen samen:

20 Structuur van het Atoom
Experiment Theorie &

21 e/m = 1.761011 C/kg (e/mp = +0.96108 C/kg)
Structuur van het Atoom: Het Elektron e/m = 1.761011 C/kg Thomson 1897 Thomson ( ) (e/mp = +0.96108 C/kg)

22 qe = 1.60217646  1019 C Structuur van het Atoom: Het Elektron
Millikan 1900

23 Botsen op Atomen: Hypothese van Thomson

24 Botsen op Atomen: Resultaat van Rutherford

25 α atoomkern proton Ernest Rutherford (1871-1937)
“All science is either physics or stamp collecting”

26 Bohr’s atoom model Balmer serie 1 2 3 4 n = 5
College "Keerpunten" Universiteit van Amsterdam 2004/2005 (Frank Linde)

27 bindingsenergie (eV) quantumgetal n eV Paschen 1 2 3  13.6 3.4 1.5
0.0 Lyman Balmer quantumgetal n bindingsenergie (eV) eV

28 Natuurkunde Herzien Quantum mechanica Relativiteitstheorie Planck
De Broglie Bohr Heisenberg Einstein Schrodinger In de natuurkunde is bijna alles al ontdekt. Alles dat overblijft is het vullen van een paar gaten. Natuurkunde Herzien Quantum mechanica Relativiteitstheorie

29 II: De Kleinste Deeltjes - 2009

30 Terugblik Krachten: 1.Zwaartekracht 2.Elektrische kracht
3.Magnetische kracht Atomen: positieve kern negatieve elektronen er omheen Bohr Model Terugblik

31 Quantum Theorie Heisenberg: onzekerheidsrelaties
De Broglie: deeltje-golf Quantum Theorie n=3 n=2 n=1

32 Natuurkunde op kleinste schaal beschreven door de golffunctie Ψ:
Schrodinger Vergelijking Voorbeeld: Oplossing voor vrij deeltje (V=0) in 1-dimensie: Quantum Theorie Natuurkunde op kleinste schaal beschreven door de golffunctie Ψ: |Ψ|2 is kans / volume!

33 Energie spectrum zwarte straler
energie dichtheid GEEN Quantum WEL Quantum Quantum Theorie 0 m 0,5 m golflengte ()

34 Foto elektrisch effect
invallend licht golflengte  frekwentie f losgeslagen elektronen Quantum Theorie

35 Foto elektrisch effect
golflengte1 (1) drempelspanning Vdrempel Quantum Theorie

36 Relativistische Quantum Veldentheorie
Relativiteit + Quantum

37 Relativistische Quantum Veldentheorie
(Feynman diagram) basis interactie Compton verstrooiing: e  e Möller verstrooiing: ee  ee Bhabha verstrooiing: e+e  e+e Paar creatie: Relativiteit + Quantum   e+e Paar annihilatie: e+e   37

38 Structuur in de atoomkern
1897 elektron Thomson 1911 kern Rutherford Deeltjesjacht 1911 proton Rutherford 1932 neutron Chadwick

39 Dirac voorspelt het anti-elektron
Wat is een anti-deeltje? Deeltjesjacht

40 Deeltjesjacht Anderson ontdekt het anti-elektron!
Bijna alle deeltjes “hebben” een anti-deeltje

41 Proton elementair? elektron foton 1 fm Deeltjesjacht +2/3 -1/3

42 Sterke Kracht Wat houdt het proton bijeen? F sterk!
F elektrisch +2/3 -1/3 F sterk! Quantum ChromoDynamica Gedragen door gluonen Sterke Kracht

43 Neutron verval = β verval
ν W- -1/3 +2/3 -1/3 Zwakke Kracht +2/3

44 Elementaire Deeltjes Anno 2009

45 Krachten g  W & Z0 Zwaartekracht: Elektro-Magnetisme:
Newton  Elektro-Magnetisme: Maxwell e.a. Krachten Zwakke kernkracht: Becquerel e.a. W & Z0 g Sterke kernkracht: Yukawa e.a.

46 III: De Kleinste Deeltjes – LHC tijdperk

47 Terugblik Krachten: 1. Zwaartekracht 2. Elektromagnetisme
3. Zwakke kracht 4. Sterke kracht Elementaire Deeltjes: Terugblik

48 Zijn we klaar?

49 “dark stuff” = 96% “good stuff” = 4% Heelal foetsie!

50 Large Hadron Collider

51 σ Werkzame doorsnede LHC: Eenheid is “barn”=10-24cm2 1 b = 10-30 cm2
1 nb = cm2 1 pb = cm2

52 σ ???? Werkzame doorsnede LHC:

53 Aantal botsingen per seconde:
σ L N2 Aantal botsingen per seconde: LHC: Luminositeit

54 Botsingenergie om een bijvoorbeeld een Higgs deeltje te maken
LHC: Energie

55 +2/3 -1/3 LHC: Wat botst er?

56 LHC: Ongeluk 2008

57 Moeten we bang zijn? Large Hadron Collider

58 γ W+/ Z g Higgs boson? Vier Microscopen

59 γ W+/ Z g Higgs boson? ATLAS

60 10:19 hrs: Beam hits closed collimater 140 m upstream
10 september 2008 10:19 hrs: Beam hits closed collimater 140 m upstream Online display Offline display

61 CMS

62 γ W+/ Z g Higgs boson? LHCb

63 γ W+/ Z g Higgs boson? ALICE

64 Speculatie

65 Wat moeten wij daar nou weer mee?

66 Keerpunt 1 De orde der dingen in 1895: De Natuurkunde is af!
De wereld van het Periodiek systeem Moleculen en atomen Je gelooft iets dat je niet kan zien Zwaartekracht en Elektromagnetisme Hoe vind je uit hoe de Natuur werkt? Empirische wetenschap. Newton Coulomb, Faraday, Maxwell De Natuurkunde is af! Ontdekkingen: Thomson: elektron Rutherford: hoe ziet het atoom er uit? Bohr model waterstof Leesstof T&H: hoofdstuk5 & hoofdstuk 8

67 Keerpunt 2 Quantum & Relativiteit
Natuurkunde op de schop Tijdperk van de grote ontdekkigen Hoe zoek je naar het kleinste deeltje? Botsende deeltjes met veel energie Vaak botsen Nieuwe orde Quarks en leptonen Vier krachten Zwaartekracht Elektromagnetisme Zwakke kernkracht: W en Z deeltjes Sterke kernkracht: het gluon Leesstof T&H: hoofdstuk 13

68 Keerpunt 3 Wankele orde: De orde omver? Nieuwe ontdekkingen?
Wat moet je met de zwaartekracht? Waar is het Heelal? De orde omver? LHC versneller Hoe ziet een grote versneller er uit? Wat gaat er gebeuren als twee protonen botsen? Hoe staat het er nu voor? Mega Detectoren De ogen van de deeltjes-fysicus: Je gelooft weer iets dat je niet kan zien! ATLAS: Hoe ziet het eruit? Hoe werkt het? Hoe staat het er voor? LHCb Nieuwe ontdekkingen? Higgs deeltje Super Symmetrie Outer space…. Leestof T&H: niet van toepassing